电子产品整机中最主要的是阻容元件、变压器、线圈、大的晶体管及带散热器的晶体管组件、电源模块、微波组件(或模块)、母板型机箱底座的连线、各种印制电路板插座、焊/ 压接电缆座的连线等电子元器件、零部件。 怎样将这些元件按图纸要求进行组装连接,以满足设计各项电气指标性能的最大实现,这就是装联工艺,就是生产制造技术。 它是线路图纸无法表达的一种专门技术, 它把设计要求的质量有效地体现在产品上从而使产品获得稳定质量的技术。 同样一张图纸, 装焊后的整机, 有的好调,不费事,不费时,而有的就是硬调不出来, 或技术指标达不到要求,换这个元件, 试那个器件的, 翻来复去地调试不好。 除去设计因素, 这种事情在装联界恐怕是司空见惯的,也是电子产品生产制造中的“常见病”, “多发病”。 因此, 为了尽量避免或减少这种情况的产生,我们应当从生产制造技术入手,控制制造质量。
生产制造技术是大量生产廉价、优质产品的技术。它是把科技成果转化成生产力的中枢环节, 与国家富强、技术进步有关, 具有决定性的重要技术。以日本为例,其战后 50 年来在基础理论领域并不像美国那样有突出的成果,但经济发展的速度却比美国快得多,这主要是因为日本非常重视生产技术的研究,投入了大量的人力、物力, 在生产技术研究上取得了惊人的成果。 在近几年的 SMT 研讨会中, 我对此深有感触。 我国能在有些难度很大的理论课题和尖端技术上达到很高的水平, 而在生产制造上工艺技术水平还较低。
为了改变这种生产技术落后的局面,我们应当搞清楚生产技术到底有哪些内容, 在我们做产品时理论上应当明白什么? 在操作时又应当如何处理实际问题? 在下面的系列讲座中就个人多年的装联实践,愿与业界人士探究。
l 整机装焊中的接地要求与处理
l.l 接地概念与分类
随着现代电子技术的迅速发展,电子设备将越来越复杂,密集程度越来越高,设备的使用频率也相应增多。 在这种情况下要保证电子设备在种种复杂的电磁环境中正常可靠地工作, 除了在电路设计和结构设计上必须考虑电磁辐射的抑制外,还必须在机箱的布线,接地问题上加以严格的考虑,这样才能确保电子设备工作可靠。
容易使机箱通电后产生故障,除了虚焊外,往往就是地线的干扰。因此接好地是最重要、最有效的减少干扰的措施之一。
在整机装焊中,我们要求工人采用较粗的裸镀银线做主地线。所谓主地线是指这一个机箱中将所有的器件需接地的端子连接到一起的导线(注意一定不能形成闭合回路)。 这种镀银线的电阻数值约每米若干毫欧(mΩ/ m),但当地线与其它导体相距较远时,地线的电感约为 0.8 mH/ m。 一米长的地线对f = 10 MHZ 的正弦信号电源所呈现的感抗为: XL = 2πfL,约等于 50 Ω。
我们知道, 电流流经地阻抗造成的干扰称为地阻抗干扰。 感抗是地阻抗干扰的主要原因, 因此要减少地阻抗的干扰,须从地线设计方面入手,就是要减少地线本身的阻抗。这就是在整机装焊中地线往往用镀银铜线的原因, 即要增大地线的截面积。 因此整机中的地线(特别是电源机箱), 工艺上要求采用至少直径为 1 mm 以上的镀银线作为整机的主地。 另外,机箱中各插座内的“信号地”、“模拟地”、“电源地”等,在我们这里把它们称之为“分支地”,对这些分支地如何接? 工艺上也对其作出了要求, 一定不能随意接,否则,给下一步的调机、联试都会造成影响,有的甚至是顽疾的影响!
整机装焊中常用的接地类型有:
(1)单点接地或多点接地
对于一个电子设备选择单点接地或多点接地,主要取决于系统的工作信号频率和接地线的长度。其表征量是:
L /λ= L X f/ c
式中: L—接地线长度
λ—工作波长
c—介质中电磁场传播速度
f—工作频率
当 L /λ≥0. 15 时, 选择多点接地; 当 L /λ≤0.15 时,(即电路或部件尺寸小于 0. 15 倍波长时)选择单点接地。
一般单点接地系统的工作频率最高在 1MHZ,对于高于 1 MHZ 的工作频率采用多点接地。 装联行业内的军工产品,大多数情况下都采用的是多点接地。
(2)浮点接地
它分几个层次的浮地, 这里讲机箱(分机)的浮地,是指机箱中所有电源的负端,即它们的公共地不接机壳,在一个大系统中与某一个用户的分机地的公共端连接。这样连接的浮地其干扰可大为减少。
(3)机箱中常见的几种地
(a)信号地
设备内用于传输数据、定时、控制信号的直流地回路称为设备信号地。 一般都是些信号电路、放大器前极、数字电路等的接触。 注意这些接地点在电气上与机壳绝缘。
(b)功率地
与信号地的区别主要在于, 通常功率地指高电平电路的接地点, 如继电器绕组、伺服电机绕组、白炽指示灯、大功率输出装置、电源等的接地点。
(C)机械地
对电子设备进行电磁屏蔽及对人员起安全保护等作用的机箱金属构件的接地称为机械地。 一个作战系统的设备,其外表必须提供机壳接地的连接点,其目的是为了屏蔽壳体内电子电路,提高设备的电磁兼容性能力的同时,也为了人的安全。
(d)基准地
信号地、功率地、机械地、总的汇入点称为基准地。 一般由基准地与大地相连(即信号地、功率地、机械地不单独与大地相连)。
1.2 地线的处理
在整机装焊中,首先处理主地线: 用直径为 1.0mm 镀银线将所有需接地的器件端子以最近的连接距离将其连接起来, 一定要注意千万不要将其头尾连接,以形成闭合回路!
其次用直径为 0. 8 mm 镀银线将整机中各插座内的“地”以最近距离连到主地线上。
图 1 简示了在一个机箱的底板上主地线、分支地线的布局及其正确连接与不正确连接的图示。注意,图中分支地不正确的这种连接方式是在我们实践中吃过苦头的,所以在这里提出,以告诫装联中的同仁们,不再犯这种错误,走这种弯路。
在整机的接地技术中原则上应遵循以下要点:
(1)接地线尽可能直、短、粗;
(2)接大地、底板、地线的电阻尽量小,其焊点要有良好的电接触,阻抗尽量小;
(3)公共参考地选在大负载电流电路附近;
(4)尽量用永久式、直接式接地;
(5)如整机中是用接地条作主地线,其长宽比要小于 5 或 3;
(6)尽量用同类金属接地, 不同类金属接地时,要选其电化学序尽量靠近的金属;
(7)接地面要清洁、光滑、无绝缘物, 要防潮、防腐蚀;
(8)信号线、信号线屏蔽体(即我们电装工人说的屏蔽导线的屏蔽皮)、电源的地应彼此隔离,只准有一个公共点;
(9)在数字电路的机箱中, 信号地、模拟地应尽量远离接地,例如,同一个插座上既有信号地, 又有模拟地,这时不要将其焊到同一点的主地上,应将它们分开焊在插座的两边的主地线上;
(10)大突变电流电路和低电平信号的地应彼此隔离,并同其它地回路隔离;
(11)导弹系统设施都应有以大地为基准的、与避雷地分开的单点接地。
2 整机布线
2.1 布线的基本原则
整机中的地线焊好后, 开始考虑布线。 机箱的布线设计就是在机箱中各种无线电零、部件之间进行电连接布线设计,为生产提供工艺性设计文件,保证布线位置与结构的合理,实现整个机箱内元器件组合之间的电连接并达到机箱的电性能指标。
我们知道,将电子设备设置在车上、舰上、机上,这些设备的电源线、信号线、控制线、接地线等各种导线均靠在一起, 从而构成了干扰波感应的因素。
干扰波除了从高电平线路对低电平线路直接感应外,还可通过中电平线路相互偶合,在整个电子设备中所产生的场强是单个场源产生的场强的总和。 机箱中单个场源不外乎是机箱中的导线和元器件。因此,对走线的精心设计是非常重要的,要尽可能排除各种干扰,有效合理地利用机箱内宝贵的空间(特别是机载产品)。 应按导线传送的类型、频率、功率、分类捆扎线束,这样可防止线间偶合串扰。此外,还应考虑设备的可靠性和维修性。 布线设计在确立了上述主要因素外,还要从美学的角度尽量使布线均匀、好看、美观。
2.2 布线的要点
在布线设计中原则上应遵从以下几点:
(1)所有整机中的连线都应本着走短线、近距离的原则进行布线;
(2)电源线、信号线、控制线、高电平线、低电平线要隔离;
(3)引信线与所有其它线隔离, 双绞线、屏蔽线多点接地;
(4)敷设数字电路的输入、输出线时, 要注意同电源和控制线隔离;
(5)数字信号线和电源线、控制线分开布放;
(6)直流和控制电路的导线应分开,并放在各自的线束内;
(7)隔离输入、输出信号线, 即不要把它们放在同一把线束内;
(8)线束不能靠近发热元器件放置;
(9)一些敏感性的导线, 应远离电源、变压器和其它高功率元件布线束;
(10)不能把高电平能量的同轴电缆和非屏蔽电缆或低电平信号屏蔽电缆放在同一个线束内;
(11)不能把基准电路和敏感电路同电源和其它载有高电平信号电路的导线捆在一起;
(12)音频高电平信号线用双绞线或屏蔽线, 在信号源端接地;
(13)音频低电平低阻抗输出线必须用屏蔽线,屏蔽体在接收端单点接地;
(14)高频和前后沿小于 5μS 的脉冲信号线用多点接地,并应使用屏蔽导线;
(15)交流线束、直流线束要分开布置;
(16)线束通过锐角或有可能划伤导线的地方时,应将线束通过部分或锐角处进行处理,以保证线束的安全;
(17)特别注意, 线束中由屏蔽导线与主地线间无意构成的地回路。
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